Versnellers genereren bundels van subatomaire deeltjes voor geavanceerde wetenschap. Hoe groter de intensiteit van een straal, hoe meer mogelijkheden er zijn om deeltjesinteracties te bestuderen. Een manier om de intensiteit te verhogen is door twee bundels samen te voegen met een techniek die slip-stacking wordt genoemd. Echter, als je ze combineert, de interactie van de balken kan instabiliteit veroorzaken.

Hier, Ik vat de resultaten samen van een onderzoek waarin ik deze effecten heb gemodelleerd en concludeerde dat een speciale feedback de bundels veel stabieler zou maken. De benodigde feedback is vervolgens ontworpen en geïmplementeerd door Nathan Eddy en zijn Fermilab-team. Het resultaat was een toename van 20 procent in protonenbundelintensiteit en een vermindering van bundelverlies met een factor twee.

Slip-stacking verdubbelt de intensiteit van deeltjesbundels. Echter, het maakt ze vatbaarder voor instabiliteiten en deeltjesverliezen. Om deze ongewenste effecten te onderdrukken, een analyse en resulterende feedback hielpen de weg vrij te maken voor toekomstige deeltjesversnellers die afhankelijk zijn van slip-stacking om hoge intensiteiten te bereiken.

Door twee gescheiden te stapelen, balken tot aan de rand, onderzoekers maximaliseren het aantal deeltjes dat door de ring circuleert. Dat is goed voor het maken van stralen met hoge intensiteit, maar er is een afweging.

Door de versneller gegenereerde bundels zijn gemaakt van bundels deeltjes die bundels worden genoemd. Het versnellen van twee afzonderlijke bundels die niet alleen dicht bij elkaar staan, maar waarvan de samenstellende bundels in een constante dans met elkaar zijn, is een zeer geladen situatie. In Fermilab's Recycler Ring - een belangrijk onderdeel van de acceleratorketen van het laboratorium - omvat elke straal ongeveer 500 bossen. Een dergelijk hoog aantal maakte de interactie tussen koppels tot een krachtige bron van collectieve instabiliteit. Mede doordat de afstanden tussen de trossen van de twee slip-stapelbalken steeds veranderen, de straaldynamiek is moeilijk te modelleren.

Een belangrijk effect is dat de op elkaar inwerkende trossen elkaar uit hun banen stoten. Een wiskundig model van het twee-straalsysteem werd voorgesteld en geanalyseerd, gevolgd door een voorstel voor een terugkoppeling die deze ongewenste afwijkingen van het pad onderdrukt. In het feedbacksysteem opneemsensoren die in de cirkelvormige versneller zijn geplaatst, meten de verschuivingen van de trossen van hun beoogde banen. Een versterker ontvangt deze informatie en stuurt deze vervolgens naar een kicker die de verdwaalde trossen een kick geeft die hen op het goede pad stuurt.

Kort nadat het idee van de speciale feedback werd voorgesteld, een acceleratorteam onder leiding van Eddy ontwierp en installeerde het apparaat in de Recycler Ring. Als resultaat, de Recycler-bundelverliezen werden bijna gehalveerd, en de bundelintensiteit nam met 20 procent toe; het vermogen van de protonenbundel bereikte 700 kilowatt, een van de doelen van het acceleratorprogramma van Fermilab.